高壓運放可改善性能并縮減電路板空間

即使對于最優(yōu)秀的模擬設計師來(lái)說(shuō)，高電壓放大器電路的設計也是充滿(mǎn)挑戰的。大多數市售放大器都被限制為使用 ±15V 或更低的電源。隨著(zhù)半導體制造工藝采用精細線(xiàn)幾何尺寸，許多新型放大器被限制在更低的電壓，比如 5V 乃至 3.6V。然而，對于較高電壓電路的需求依舊存在。雖然可以使用分立式電路來(lái)擴展較低電壓運算放大器的輸入或輸出工作電壓范圍，但由于匹配問(wèn)題、電路板空間限制和散熱要求的原因，這樣的做法對于設計會(huì )頗為棘手。而新型高精度單片式運算放大器 (包括 LTC6090、 LTC2057 和 LT6016) 的面市則簡(jiǎn)化了高電壓模擬信號鏈路的設計。

新型 LTC6090 運放通過(guò)專(zhuān)有電路與布局方法的組合運用，將其電源電壓擴展至 ±70V，而并未犧牲高精度運放期待擁有的特性。該器件采用了一種 MOS 輸入級設計，輸入偏置電流通常為 3pA (在 25°C)。輸入失調電壓小于 1.6mV，噪聲為 11nV/√Hz (在 10kHz)。輸入共模范圍擴展至任一電源軌的 3V 以?xún)?(134V，橫跨 140V 電源)。其軌至軌輸出級允許 LTC6090 驅動(dòng)接近 140VP-P 的信號 (圖 1)。LTC6090 采用節省空間的 8 引腳 SOIC 封裝和 16 引腳 TSSOP 封裝。這兩種封裝均具有用于降低熱阻的裸露襯墊，有利于實(shí)現優(yōu)良的熱設計。一個(gè)至低電壓控制線(xiàn)的簡(jiǎn)易型接口和內置的熱安全特性可簡(jiǎn)化高電壓模擬設計任務(wù)。

圖 1：LTC6090 輸出電壓 140VP-P 10kHz 正弦波

用于高動(dòng)態(tài)范圍的高電壓電路

圖 2 給出的例子說(shuō)明了怎樣采用一個(gè)高電壓放大器來(lái)改善動(dòng)態(tài)范圍?？缱杩狗糯笃麟娐沸枰扇≈斏鞯脑O計以實(shí)現足夠低的噪聲和高帶寬。電路的噪聲取決于反饋電阻器和放大器所產(chǎn)生的噪聲。增益與反饋電阻值成正比，而電阻器噪聲則與電阻值的平方根成正比。因此，電路的信噪比隨著(zhù)電阻的增大而改善，改善系數為 √R。采用一個(gè) 125V 正電源軌將允許電路以一個(gè) 1MΩ (MV/A) 的高跨阻抗增益值運作。隨后衰減放大器的輸出以使 VOUT 信號介于 0V 和 12V 之間，且噪聲在 1kHz 至 40kHz 的頻段內僅為 21μVRMS (即 1.75 ppm)。

圖 2：擴展動(dòng)態(tài)范圍 1M 跨阻抗光電二極管放大器

偏置和漏電流

在光電二極管和其他高阻抗換能器應用中，必須考慮放大器輸入偏置電流。LTC6090 的低輸入偏置電流使其成為高阻抗應用的絕佳選擇。如圖 3 所示，輸入偏置電流與溫度之間存在對數關(guān)系，溫度每升高 10°C 輸入偏置電流將倍增一次，然而在 125°C 溫度下仍然保持低水平。

圖 3：LTC6090 輸入偏置電流與結溫的關(guān)系曲線(xiàn)

由于輸入端可接受高電壓，因此應特別謹慎地避免會(huì )引起測量誤差的漏電流。在保護關(guān)鍵型應用中，采用特殊的低漏電電路板材料或許是有益的，因為其可作為保護環(huán)。LTC6090 的 TSSOP 封裝包括 8 個(gè)保護引腳，這些引腳可用于在關(guān)鍵輸入節點(diǎn)的周?chē)纬杀Ｗo環(huán)，如圖 4 所示。請注意，應當穿過(guò)保護環(huán)拉回焊料掩模以裸露 PCB 金屬。PCB 必須整潔干燥，這一點(diǎn)很重要。建議采用溶劑對電路板進(jìn)行清潔，并用自來(lái)水沖洗任何的殘留物，然后對電路板實(shí)施烘烤以除去所有的水分?；蛘?，用肥皂和自來(lái)水 (不帶溶劑) 徹底洗滌電路板亦可產(chǎn)生很好的效果。